渤中坳陷沙北地区古地貌恢复及其应用

陈树光，任建业,2，吴 峰，崔 灿，张建丽

（1.构造与油气资源教育部重点实验室 中国地质大学，湖北 武汉 430074；2.教育部含油气盆地构造研究中心，湖北 武汉 430074；3.中石化河南油田分公司，河南 郑州 450000）

引 言

进行古地貌恢复可以有效揭示物源区、沉积物的搬运通道、沉积区以及沉积体系的展布样式等特征，是控制含油气盆地沉积相发育与分布的重要因素[1]，并在一定程度上影响着后期油气藏的储盖组合，因此，古地貌分析已成为油气勘探的首要任务[2]。目前已在中国多个油气田开展了古地貌恢复的研究，特别是在预测断陷期中深层沉积体系的展布方面应用较广，并取得了丰硕的成果，有效降低了油气勘探的风险，因此，古地貌恢复研究成为了目前油气地质研究的热点[3]。

1 区域地质概况

沙北地区处于渤中坳陷的西北部，西邻黄骅坳陷东北部的南堡凹陷，东邻渤中凹陷，南边与沙垒田凸起相连，北缘与石臼坨凸起相接，构造位置上属于南堡凹陷和渤中西次凹过渡区的鞍部，是在中生代盆地基础上发育的新生代沉积单元。研究区新生代以来沉积的地层包括始新统沙河街组、渐新统东营组、下中新统馆陶组、上新统明化镇组以及第四系平原组。本文利用新采集的3D地震资料，结合该区的钻井、测井及录井资料，应用沉降史分析的技术方法，结合盆地的构造-层序地层格架，重建了沙北地区古近系各三级层序底界面的古地貌，并在此基础上，详细分析了古地貌对沉积体系和砂体展布的控制作用。

2 研究区古近系构造层序地层格架

3D地震地质解释结果和盆地构造地层格架分析表明，研究区古近系裂陷期表现出了幕式演化的特点。但由于其独特的地理位置，结合渤海湾盆地古近系发育演化史，发现研究区不发育孔店—沙四段地层，这样通常将渤海湾盆地裂陷期划分为4幕[4-7]，在研究区裂陷期却只发育了沙河街（沙三—沙一）和东营（东三—东一）2幕。

裂陷Ⅰ幕（沙三—沙一）：沙三时期构造活动较为强烈，地层表现为明显的削截不整合特征，主要分布在控盆断裂的活动部位。沙一、二时期，湖平面总体表现为小幅上升，地层分布较广，由于研究区处于构造上的鞍部，地层沉积的厚度总体较薄。所以，从油气田生产实际出发，将沙北地区裂陷Ⅰ幕划分为一个三级层序。

裂陷 ⅠⅠ幕（东三—东一）：为主裂陷幕，地层自下而上划分为 3个三级层序，分别为SQd3（东三段）、SQd2（东二下亚段）、SQd1（东二上亚段+东一段）。其中 SQd3层序，构造活动较为强烈，层序底界面表现为较强的下削上超反射结构，同时在层序内部识别出最大湖泛面（mfs），并将该层序进一步划分为低位（LST）+湖扩（EST）域和高位域（HST）2部分；SQd2层序是研究区古近纪发育最为完整的三级层序，构造活动强烈，地震上表现为低角度前积反射结构，并在层序内部识别出了最大湖泛面（mfs）和初始湖泛面（ffs），进而划分出了低位域、湖扩域和高位域；SQd1层序，构造活动明显变缓，地震剖面上表现为明显的前积反射特征，钻井上砂岩含量普遍较高，层序内部没有明显体系域界面，研究认为整个 SQd1层序为一个高位体系域。

3 古地貌恢复

3.1 残余地层厚度恢复

首先在3D地震数据体上进行了目的层界面精细层序地层的解释和闭合，然后利用VSP速度进行时深转换，便于后面直接读取深度值。随后在研究区均匀地选取了248个控制点（如控制点选多了，工作量将会大增，选少了可能会影响古地貌图的精度），并在选取控制点时尽量避开了断层。最后在地震剖面上读取控制点各个目的层的深度值，再进一步计算便可得到每个控制点各层的残留厚度值。

3.2 地层剥蚀厚度恢复

依据沙北地区的构造结构特征，采用了参考层趋势延伸法对局部地区的沙河街层序和东三段层序进行了恢复。

3.3 地层的压实作用和古水深的校正

地层的压实作用要考虑恢复区的可能沉积相特征以及目的层的砂泥岩比值，研究根据各控制点处地震相特征与实际钻井处地震相特征进行类比，估算出控制点各层砂泥岩的含量。同时参考钻井上岩相和古生物资料等进行综合分析进而估算出各控制点的古水深。

通过以上恢复过程，对研究区选取的248个控制点的数据进行分层并逐一分析落实，此外进行古地貌恢复还需地层界面的年龄，本次依据渤海海域公认的年龄值，同时还要参考区域砂泥岩的密度、压实系数等参数对模拟软件进行设置。最后根据回剥原理，通过盆地地史综合模拟软件（BacKang）计算，得到了研究区古近系目的层层序的古地貌图（图1）。

图1 沙北地区古近系各层序的构造-古地貌特征

4 应用分析

4.1 构造-沉积演化过程分析

从恢复结果中可识别出研究区古地貌，包括凸起、斜坡、洼陷、洼中隆等构造单元，这些单元在不同时期表现形式不尽相同。其中沙垒田凸起和石臼坨凸起一直存在，并持续提供着研究区的物源。而4号构造带和石南次洼早期具有洼中隆的特点，从东三期开始沉降，到东营末期特征已不明显。研究区其他次洼也大致经历了缓慢沉降—快速沉降—趋于平静的演化过程。所以，根据各时期古地貌特征，可以判断研究区古近系经历了初始裂陷期（SQs）—强烈裂陷期（SQd3）—裂陷扩张期（SQd2）—裂陷萎缩期（SQd1）的完整构造演化旋回过程，而且从钻井岩性粒度特征也相应表现出粗—细—粗的变化特点。

4.2 古沟谷研究

古沟谷在研究区广泛发育于沙垒田凸起北侧和石臼坨凸起南侧，数量众多，但单个规模较小，仅依靠古地貌恢复难以识别。本文借助3D地震属性和地震剖面对研究区进行了综合分析与识别，结果表明：在沙垒田凸起北侧古沟谷较为发育，这也是曹妃甸次洼扇三角洲较为发育的原因；目前在凸起上能较好地识别的古沟谷应是东营中后期形成的，凸起上的古沟谷与东营中后期形成的扇体、三角洲体具有较好的对应关系。进行古沟谷分析时要注意时空上的耦合关系。同时，根据古沟谷发育的形态、规模可以合理推测下游扇体（或三角洲）的大小和规模以及砂体的富集程度，这对于减少依据地震相和地震属性预测沉积体系的多解性，以及降低砂体预测的风险具有重要意义。

4.3 坡折带分析

根据研究区古地貌、边界断层活动性以及层序内部结构特征等，识别出多种坡折带类型，主要包括单断式陡坡坡折带和断阶式坡折带2种，其中断阶式坡折带常为2条或多条近平行排列的断层组合而成，也被称为多阶性坡折带，根据断层的倾向，又可分为同向断阶式坡折带和反向断阶式坡折带。本次以研究区东二段层序为例，重点分析断阶式坡折带（图2）。

图2 沙北地区构造坡折带类型及控砂模式

（1）同向断阶式坡折带（在研究区形成NNW向的轴向通道）。主要发育在石南1号断层和4号断层北段控制的区域内。由于4号构造带处在古潜山的位置，属于典型的“凹中隆”的构造特点，因此由石南1号断层和4号断层控制的区域容易形成轴向通道。在轴向通道上可发育辫状河（扇）三角洲沉积，当三角洲沉积体跨过4号断层，则在断层的上盘发育浊积扇或斜坡扇沉积。研究表明：东二时期，渤海湾盆地整体湖平面开始下降，湖盆开始萎缩，来自北部的古滦河穿过石臼坨凸起NW段的古冲沟进入南堡凹陷，发育了大型辫状河三角洲沉积体系，同时还有来自石臼坨凸起上的物源，在断裂活跃的部位发育了扇三角洲沉积，以上2种三角洲沉积体在北西向4号构造带的阻挡下，沿着轴向通道由北北西向南南东方向汇聚直到渤中凹陷。所以在三角洲经过的轴向通道上，可能会发育砂岩透镜体，在周围油气运移经过的情况下可形成岩性油气藏。

（2）反向断阶式坡折带。主要发育在研究区沙东北缓坡带上，具有多阶性坡折带的特点。在低水位时期，在反向断阶处可发育斜坡扇，同时在沙东北次洼可形成低位域的砂体富集区。随着湖平面的上升，在沙东北缓坡带发育退积层序，这时处于较低部位的沙东北次洼开始发育烃源岩，直到高位体系域结束，这样在斜坡的低部位就形成了良好的生储盖组合，是油气勘探的重点。同时在湖侵和高位域时，斜坡上的反向断阶带为砂体的聚集提供了良好的场所，同时容易形成圈闭，成为低部位形成的油气运移和聚集的有利指向部位。

4.4 古地貌对砂体的控制——以东二段层序为例

断陷盆地的充填演化是一个动态变化的体系 ，沉积体系的展布是随着不同时期构造-古地貌的变化不断发生迁移的。不同时期的构造活动方式不同，产生的古地貌形态千差万别，而古地貌形态是决定原始沉积物的来源、搬运、沉积充填过程、砂体展布规律的直接因素[9-10]。根据恢复的古地貌图，结合古沟谷和坡折带的研究，详细解剖东二段层序低位和高位体系域的古地貌对砂体的控制作用。

东二段层序时期，对6-2X井砂体的来源争议较大，传统认为物源来自沙垒田凸起，主要依据距离沙垒田较近的原则。本次通过3D地震剖面的详细解剖和古地貌诸要素的综合分析认为，在沙垒田凸起的东侧古沟谷不发育，说明东营时期水动力条件不强，地震上前积反射特征不明显，缓坡带上反向断阶带较为发育（可拦截东进的物源，继而转向南下），且低位域时距离沙垒田凸起更近的6-1X井砂体都不发育，以上因素综合分析，均不支持传统观点。而根据本次古地貌恢复结果，结合3D地震剖面分析，认为6-2X井物源很可能顺着NNW向的轴向通道，一直向SE方向运移，经过该井。首先4号断层北侧物源来源前人已作详细研究，表明物源来自北部，这为物源继续南下提供了可能；其次，沿轴向通道的地震剖面上前积反射特征非常明显，这与其他方向前积反射不明显的特征形成鲜明对比；最后，古地貌恢复结果支持NNW向物源的说法。因此本文认为6-2X井的物源来自NNW向的轴向通道。如果这一认识得到证实，那么在NNW向的轴向通道上寻找东二段时期储集体将非常有利，并将极大促进该地区的勘探。

5 结 论

（1）在研究区古近纪搭建的层序地层格架的基础上，采用三维盆地地史模拟的方法，对沙北地区古近系三级层序进行了古地貌恢复，恢复的古地貌反映了研究区构造演化旋回（初始裂陷期—强烈裂陷期—裂陷扩张期—裂陷萎缩期）特征，对于准确把握沉积体系的展布及演化规律具有重要指导作用。

（2）通过精细恢复东二时期各体系域的古地貌，结合该时期对古沟谷和坡折带的研究，确定了NNW向轴向物源对石南次洼的影响。

（3）通过古地貌各要素对沉积砂体控制作用研究，认为源、沟、坡（槽）、洼、时等多要素的综合分析，并实现时空上的完全耦合，是明确沉积砂体展布特征以及进行有效油气勘探开发的关键。

[1]邓宏文,王洪亮,王敦则.古地貌对陆相裂谷凹陷层序充填特征的控制[J].石油与天然气地质,2001,22(4):293-296.

[2]姜正龙,邓宏文,林会喜,等.古地貌恢复方法及应用—以济阳坳陷桩西地区沙二段为例[J].现代地质,2009,34(5):865-871.

[3]庞军刚,杨友运,李文厚,等.陆相含油气盆地古地貌恢复研究进展[J].西安科技大学学报,2013,33(4):424-430.

[4]赵国连,赵澄林.渤中凹陷地震-沉积相研究.成都理工学院学报[J].2002,29(1):41-48.

[5]周士科,魏泽典,邓宏文,等.渤中凹陷古近系构造层序研究[J].中国海上油气,2006,18(4):236-240,254.

[6]渤中凹陷石臼坨凸起东部南缘沙河街组沉积相及控制因素［J］.大庆石油地质与开发，2012，31（5）:12-18.

[7]徐长贵,于水,林畅松,等.渤海海域古近系湖盆边缘构造样式及其对沉积层序的控制作用[J].古地理学报,2008,10(6):627-635.

[8]赖维成,宋章强,周心怀,等.“动态物源”控砂模式[J].石油勘探与开发,2010,37(6):763-768.

[9]林畅松,郑和荣,任建业,等.渤海湾盆地东营、沾化凹陷早第三纪同沉积断裂作用对沉积充填的控制[J].中国科学:D辑,2003,33(11):1025-1036.

[10]王秀红.渤海湾盆地沾化凹陷富林洼陷油气来源及分布规律研究[J].石油实验地质,2013,35(2):151-156.